稳态转换视角下生态系统服务变化过程与作用机制

优化生态系统服务供给是实现人类社会与自然生态系统和谐发展的必然途径。生态系统在平衡与非平衡之间复杂的转化模式使生态系统服务研究备受阻力,如何科学地解析生态系统服务内在调控机制是实现从自然资源利用到生态系统功能优化的关键。从论述生态系统稳态转换驱动机制入手,阐明扰动发生后稳态转换的路径、生态系统功能对扰动的响应模式;基于稳态转换视角深入诠释生态系统服务内涵及变化过程,以"结构-过程-功能-服务-人类福祉-可持续性"为核心架构来发展生态系统服务理论框架,并从生态系统敏感性和恢复力等内在属性探讨生态系统服务对结构和功能变化的响应情况;解析当土地利用变化超过生态系统阈值时,各项生态系统服务间的互馈作用。基于稳态转换视角评述生态系统服务变化过程与作用机制,以期为生态系统服务研究及生态系统管理提供新视角。     

植物功能性状对生态系统服务影响研究进展

全面认识和理解生态系统服务的形成机制是维持其持续供给的前提。植物功能性状直接参与多种生态系统过程, 影响生态系统服务供给, 探讨植物功能性状与生态系统服务的关系是揭示生态系统服务形成机制的重要途径。该文采用系统的文献综述方法, 分析了植物功能性状与生态系统服务关系的研究特点, 总结了影响不同生态系统服务的主要植物功能性状, 阐述了可能的影响途径。结果表明: 植物功能性状与生态系统服务关系研究以草地和森林等自然生态系统为主; 大部分研究集中在生态系统供给服务和支持服务, 包括生物量、净初级生产力、土壤肥力等; 根据植物功能性状对不同生态系统服务的影响程度, 植物功能性状可以聚类为土壤保持服务相关性状、水分循环相关性状、多功能相关性状、产品提供服务与养分循环相关性状以及授粉与生物控制服务相关性状; 并阐述了植物功能性状指标影响不同的生态系统服务途径。围绕植物功能性状对生态系统服务的影响, 今后尚需进一步探讨生态系统多功能性、植物功能性状相关性、气候变化和人类活动不确定性、时空尺度差异等因素对二者关系的影响。     

植物功能性状与森林生态系统服务的关系研究综述

植物功能性状途径是揭示生物多样性与生态系统服务关系的重要视角,尽管植物功能性状与生态系统服务的关系在单一地点的研究取得突出进展,但对于植物功能性状与生态系统服务的关系仍缺乏整体认识。以森林生态系统为对象,通过系统文献检索及筛选,收集了216篇文献,应用整合分析和二分网络分析等方法,探讨了植物功能性状对森林生态系统服务及其权衡与协同关系的影响。结果表明：植物叶片功能性状关注最多,占研究性状数量的48%,生态系统服务中关注最多是生物量、土壤肥力、病虫害控制和固碳服务;81.1%的植物功能性状与生态系统服务关系组表现为稳定的正向或负向关系,而关联植物功能性状多的生态系统服务（生物量、固碳服务、土壤水分、土壤肥力和病虫害控制）往往与植物功能性状表现为不稳定关系;森林生态系统中存在6组"植物功能性状-生态系统服务簇（简称"性状-服务簇"）：水循环相关的性状-服务簇、土壤保持相关的性状-服务簇、物质生产相关的性状-服务簇、灾害控制相关的性状-服务簇、养分循环相关的性状-服务簇和授粉相关的性状-服务簇,揭示了各性状-服务簇内生态系统服务的权衡或协同关系以及与各性状-服务簇关系密切的植物功能性状。该研究从总体上阐明了植物功能性状与森林生态系统服务关系的研究重点和进展、揭示了植物功能性状对森林生态系统服务影响效应的方向和强度,可为深化森林生态系统服务形成机制认识以及协调生态系统服务权衡关系提供科学依据。     

外生菌根菌与森林树木的相互关系

生态系统的每个过程都伴随着各种微生物的活动,其中最重要的功能群之一是菌根真菌(菌根菌)。一般认为,菌根菌是自然界多数植物生存最基本的组成部分,陆地上约90％以上的高等植物都具有菌根菌。这些菌类的菌丝体与植物根系结合形成菌根,使植物生长成为可能,使不同种类植物的根系联在一起。根据菌根菌入侵植物根系的方式及菌根的形态特征,菌根可分为外生菌根、内生菌根和内外生菌根3组共7种类型。外生菌根主要出现在松科、桦木科、壳斗科等树种的森林生态系统中,在根系表面形成菌丝鞘,部分菌丝进入根系皮层细胞间隙形成哈氏网表面。菌根菌剂在森林经营中得到广泛地应用。外生菌根菌对森林树木的作用可归纳为：1)促进造林或育苗成活与生长;2)提高森林生态系统中植物的多样性、稳定性和生产力;3)对森林生态系统的综合效应,主要表现在增加植物一土壤联结,改善土壤结构,促进土壤微生物,增强植物器官的功能;4)抗拮植物根部病害病原菌等。树木与菌根菌相互关系研究主要包括：1)菌根共生的机理;2)菌根菌在退化森林生态系统恢复与改造中的作用;3)菌根菌的分布格局与森林生态系统服务功能的关系;4)菌根菌对森林生态系统的综合效应,如菌根菌与森林植物群落结构、物种多样性以及森林系统稳定性和生产力的研究。     

植物功能多样性与功能群研究进展

综述了植物功能多样性与功能群研究的最新进展。介绍了植物功能群的定义及植物功能群的划分方法。在功能多样性与生态系统资源动态关系方面．抽样效应和生态位互补效应用来解释植物多样性在生态系统资源动态中的作用。功能多样性与生态系统的稳定性间的关系可以用生态冗余或生态保险概念来解释,这两个概念是一个问题的两个侧面,是多样性与生态系统功能争论的焦点。     

基于功能性状的生态系统服务研究框架

功能性状通过影响生态系统的属性和过程及其维持来影响生态系统服务。功能多样性-生态系统功能关系的研究有助于深入探讨生态系统服务形成机制, 也为生态系统服务研究提供了一个切入点。该文对目前的功能性状和生态系统服务研究框架进行了介绍, 回顾了功能多样性-生态系统功能关系的研究现状, 总结了目前功能性状在生态系统服务研究中的应用, 提出了基于功能性状的生态系统服务研究框架。在这个研究框架中, 首先选取对生态系统功能影响显著的非生物因子和功能多样性指数, 然后量化非生物因子和功能多样性与生态系统功能, 以及生态系统功能-生态系统服务之间的关系, 进而构建功能多样性与生态系统服务的数量关系。与此同时, 利用群落构建理论和物种共存机制分析功能多样性-生态系统功能变化的机制联系, 以研究生态系统服务形成和变化机制, 为生态系统服务管理决策提供科学依据。     

伏牛山自然保护区森林生态系统植物功能群光合特性

植物功能群(PFG)把一系列植物归为一个功能团体,可以作为植被随环境动态变化的基本单元,简化相关研究。植物功能群内不同物种的生理特性差异是功能群存在的基础,也影响着功能群整体的功能。采用种间联结法并结合优势种在海拔梯度上的变化,将伏牛山自然保护区森林生态系统各层优势种划分为4组植物功能群,研究每组植物功能群内不同物种的光合特性。对光合-光响应、最大净光合速率(Pn)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)、光饱合点(LSP)和表观量子效率(AQY)等指标进行分析和比较,结果表明:植物功能群内不同物种的光补偿点和暗呼吸速率的变异系数最高分别达70.47%和74.29%,功能性状存在着显著的互补性,这是物种能长期共存的主要原因。乔木的最大净光合速率在7—8μmol CO_2m~(-2)s~(-1)之间,对高光强的适应能力较高。同一功能群内各层植物光饱合点在1200—1500μmol m~(-2)s~(-1)之间,差别不大。林下灌木、草本植物对弱光的利用效率较乔木高。同一功能群内物种功能性状的差异及不同植物功能群间整体性状的差异,影响着森林生态系统的结构、功能、过程和生态系统服务。     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

植物——土壤反馈研究进展

该文综述了植物—土壤反馈研究的定义、途经、方法和国内外的研究现状以及存在的问题。植物—土壤反馈是指植物改变根际土壤的生物和非生物特征,同时被改变的也能提高或降低该植物的生长,形成正的或负的反馈,从而影响植物群落组成及植物间相互作用。植物—土壤反馈研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义。外来物种快速生长和繁殖及其可能的负反馈可能会导致本地种被竞争排除,未来气候变化可能导致物种组成发生变化及生物多样性丢失,但资源互补和植物—土壤反馈效应则可能使植物群落具有较高的生产力和多样性。因此,未来植物—土壤反馈关系应该加强以下几方面研究:(1)开展不同生态系统植物—土壤反馈关系的比较研究;(2)植物—土壤及土壤—植物等群落水平的反馈研究;(3)特别是要加强分子和基因工具在植物土壤—反馈关系中的应用,揭示植物—土壤反馈关系的分子机理。     

外生菌根缓解植物酸雨胁迫的机理研究进展

森林作为陆地生态系统的主体,是酸雨污染的主要受体,酸雨对生态系统产生着巨大的影响。菌根是菌根真菌与植物营养根的共生体。外生菌根真菌与宿主植物间互惠互利,在森林生态系统中,外生菌根在维持生态系统的养分平衡和改善树木营养等方面有重要的作用。本文综述了国内外关于菌根和酸雨关系的研究,酸雨能抑制外生菌根的形成,降低其活力;但另一方面,外生菌根能够缓解酸雨造成的植物危害,提高植株对酸雨的耐受力。外生菌根主要通过以下几方面缓解酸雨胁迫:(1)菌根形态结构的物理屏蔽作用;(2)增加养分吸收,增加御酸能力;(3)增强酶活性,提高植物生存能力;(4)产生有机酸或其他物质。     

国家重点生态功能区2010—2015年生态系统服务价值变化评估

国家重点生态功能区是国家重要的生态安全屏障,其生态保护价值对维护国家生态安全具有重要意义。基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法,采用模型运算和地理信息空间分析,定量分析了25个国家重点生态功能区在实施转移支付后(2010—2015年)生态系统服务价值的时空分布格局及其变化特征。研究结果表明:(1)2015年,全国重点生态功能区生态系统服务价值呈现明显的"西北低,东南高"的分布格局。从25个重点生态功能区来看,中高值区的面积占比31.60%,个数占比60%。4类自然生态功能区的生态系统服务价值大小排序为水土保持型功能区>生物多样性维护型功能区>水源涵养型功能区>防风固沙型功能区。(2)2010—2015年,全国重点生态功能区的生态系统服务价值整体呈明显增加趋势,增幅为16.46%。从空间分布来看,80.14%面积的生态系统服务价值基本持衡;从分级变化特征来看,高值区、较高值区的面积增加,中值区面积减少,较低值区面积增加,低值区面积减少。(3)近5年来,25个重点生态功能区的生态系统服务价值呈增加的有21个,占比84%,而生态系统服务价值出现减少区域的变化幅度...     

Using Life Strategies to Explore the Vulnerability of Ecosystem Services to Invasion by Alien Plants

Invasive plants can have different effects on ecosystem functioning and on the provision of ecosystem services, with the direction and magnitude of such effects depending on the service and ecosystem being considered, but also on the life strategies of the invaders. Strategies can influence invasiveness, but also key processes of host ecosystems. To address the combined effects of these various factors, we developed a methodological framework to identify areas of possible conflict between ecosystem services and alien invasive plants, considering interactions between landscape invasibility and species invasiveness. Our framework combines multi-model inference, efficient techniques to map ecosystem services, and life strategies. The latter provides a functional link between invasion, functional changes, and potential provision of services by invaded ecosystems. The framework was applied to a region in Portugal, for which we could successfully predict current patterns of plant invasion, of ecosystem service provision, and of potential conflict between alien species richness and the potential provision of selected services. Potential conflicts were identified for all combinations of plant strategy and ecosystem service, with an emphasis on carbon sequestration, water regulation, and wood production. Lower levels of conflict were obtained between invasive plant strategies and the habitat for biodiversity supporting service. The value of the proposed framework for landscape management and planning is discussed with emphasis on anticipation of conflicts, mitigation of negative impacts, and facilitation of positive effects of plant invasions on ecosystems and their services.     

生态恢复中生态系统服务的演变:趋势、过程与评估

经过10余年的发展,生态系统服务已经成为生态恢复研究关注的前沿和热点。生态恢复改变了生态系统格局与过程,对生态系统服务的产生和提供具有重要影响。但是目前对于生态系统服务在生态恢复过程中的演化仍缺少系统性研究。对国内外相关研究的最新成果进行综述,总结了生态系统服务评估中框架的构建和方法的选择(参数转移法、系统模型法和定量指标法),介绍了生态恢复对生态系统服务的促进作用、生态系统服务的演变过程以及不同生态系统服务间的协同与权衡关系,分析了社会经济因素对生态恢复和生态系统服务维持的影响。最后结合我国生态恢复实践,提出未来生态恢复和生态系统服务研究可以从深化作用机制研究、推动服务评估创新、增强研究成果应用3方面深化和拓展。     

陆地生态系统植物功能群研究进展

从植物功能群角度探讨陆地生态系统功能与稳定性维持机理、植物对环境变化的适应与响应以及水分、养分利用效率等成为当前生态系统生态学研究的主要技术路线.植物功能群的提出和研究,为研究复杂的生态系统提供了一个良好的方法和途径.综述了陆地生态系统功能群方面的最新研究进展,介绍了植物功能群定义的发展历程,详细比较了植物功能群划分的依据及方法,对于植物功能群与群落稳定性之间的关系、植物功能群对群落生产力的影响以及植物功能群与环境因子的动态关系等进行了深入讨论.这些研究资料表明,植物功能群整合了功能及对环境响应相似的一类植物,但植物功能特征不是绝对的、单一的,所以对植物功能群就会有不同的理解,会有不同的定义及划分方法.许多研究者从不同的角度、尺度来对植物功能群进行研究,这些研究结果有不同的针对方向和目的,使人们可以从不同的角度更全面的理解复杂的陆地生态系统.学者们在研究生态系统时,或多或少地总要与植物功能群相联系,这大大拓宽了植物功能群的应用范围.所有前人的研究使植物功能群的概念、划分、方向、应用等诸方面越来越清晰.这要求应有一个规范、统一、明确的植物功能群研究方案,这样能使对植物功能群的研究更加深入,能整合全球所有植物功能群的相关研究.     

Utilisation of plant functional diversity in wildflower strips for the delivery of multiple agroecosystem services

Increased plant diversity in cropping systems can play an important role in agriculture by enhancing arthropod‐mediated ecosystem services, including biological control and pollination. However, there is limited research investigating the concurrent influence of plant functional diversity within cultivated systems on different arthropod functional groups, the provision of multiple ecosystem services, and crop yield. During a field experiment, repeated over 2 years, we measured the effect of increasing plant functional diversity on community structure of arthropod visitors, the abundance of multiple pests and induced crop damage, and fruit production in two varieties of tomato. Plant resources (floral and extra‐floral nectar and pollen) were included within experimental plots in four levels, with each level increasing the plant functional group richness, based on floral morphology and availability of resources, in a replacement series. The presence of sown flower mixtures in experimental plots was associated with increased abundance and diversity of natural enemy functional groups and an enhanced abundance of bees (Hymenoptera: Apiformes). However, we only detected relatively small variability in arthropod visitors among types of mixtures, and increased abundance of natural enemies did not translate into stronger pest suppression or reduced crop damage. Lepidoptera pest damage was significantly higher in plots adjacent to wildflower strips, an ecosystem disservice, but a significantly higher crop productivity was recorded from these plots. Our results provide evidence that inclusion of non‐crop plant resources in agroecosystems can improve the conservation of beneficial arthropods and may lead to increased crop productivity.